标签: 算法

LeetCode刷题【902】最大为 N 的数字组合

给定一个按 非递减顺序 排列的数字数组 digits 。你可以用任意次数 digits[i] 来写的数字。例如,如果 digits = ['1','3','5'],我们可以写数字,如 '13''551', 和 '1351315'

返回 可以生成的小于或等于给定整数 n 的正整数的个数 。

 

示例 1:

输入:digits = ["1","3","5","7"], n = 100
输出:20
解释:
可写出的 20 个数字是:
1, 3, 5, 7, 11, 13, 15, 17, 31, 33, 35, 37, 51, 53, 55, 57, 71, 73, 75, 77.

示例 2:

输入:digits = ["1","4","9"], n = 1000000000
输出:29523
解释:
我们可以写 3 个一位数字,9 个两位数字,27 个三位数字,
81 个四位数字,243 个五位数字,729 个六位数字,
2187 个七位数字,6561 个八位数字和 19683 个九位数字。
总共,可以使用D中的数字写出 29523 个整数。

示例 3:

输入:digits = ["7"], n = 8
输出:1

 

提示:

  • 1 <= digits.length <= 9
  • digits[i].length == 1
  • digits[i] 是从 '1' 到 '9' 的数
  • digits 中的所有值都 不同 
  • digits 按 非递减顺序 排列
  • 1 <= n <= 109

数学方法+递归,10月18日,今天的每日一题,有空偷个闲撸一把

看到题目第一反应是动态规划,然后扫了下题目给了示例,看到这么一段

输入:digits = ["1","4","9"], n = 1000000000
输出:29523
解释:
我们可以写 3 个一位数字,9 个两位数字,27 个三位数字,
81 个四位数字,243 个五位数字,729 个六位数字,
2187 个七位数字,6561 个八位数字和 19683 个九位数字。
总共,可以使用D中的数字写出 29523 个整数。

突然灵光一闪,可以直接用数学方法来解

拿其中的一个示例稍微改下来分解运算试试看,粗略的分解如下

输入:digits = ["1","3","5","7"], n = 1571
 1 5 7 1

 4
 16   4*4
 64   4*4*4
 45   0*4*4*4 + 1 * (2*4*4 + 1 * (3*4 + 1*( 0 + 1*(1))))

最终验证得到 4 + 16 + 64 + 45 = 129 确定正确
如果你能看懂上面最后一行 4位数的组合数量计算公式的话,那么说明你就已经GET到了

数字1571一共有4位,那么我们将结果分为两部分,不满足4位的和满足4位的结果分开计算

不满足4位的部分

  1. 如果只列举一位,那么就有String[] digits种方案,每一个数字都可以列举一次
  2. 如果要列举两位数字的情况,那么每一位都可以列举String[] digits种方案,在本示例中即为4 * 4
  3. 如果要列举三位数字的话,那么同理有4 * 4 * 4中,因为位数小于目标数字n = 1571的4位,所以可以任意组合,不要考虑结果是否会大于1571

接下来第二部分,需要组合4位数字的情况

  1. 我们先取出目标数字1571的第一位数字1,拿到digits数组中比较,发现小于1的没有,但是有等于1的情况
  2. 如果digits中存在小于当前位数字的lessCnt个,那么后面的排列组合可以不考虑。即有lessCnt * digits.length * ...... * digits.length种组合情况
  3. 如果digits中没有当前位的数字,在处理了上一位小于的情况之后,说明后面无论怎么样排序都不会有满足结果小于目标值的情况
  4. 如果存在有等于当前位的数字,那么,我们需要再往后看一位,此时回到了和步骤1相同的处理逻辑部分
  5. 那么第二位是5,digits数组中有[1,3]是小于5的,即可以有两种情况,后面无论如何排列都是满足的,那么得到2 * 4 * 4
  6. digits数组中也包含了5,我们继续看下一位数字7
  7. digits数组中有[1,3,5]小于7,于是有新的可能组合数量 3 * 4,且数组中有数字7,那么继续看下一位数字
  8. 最后一位数字1,同样的,数组中小于1的数字不存在,那么即有0种情况,后面没有4要乘了
  9. 同时数组中包含了1,所以继续看下一位
  10. 最后已经没有下一位了,这里需要返回个1,根据前一步的结果返回0的话显然会造成结果不正确

代码

class Solution {
    public int atMostNGivenDigitSet(String[] digits, int n) {
        int size = getSize(n);
        int ans = 0;
        int t = digits.length;
        //低位数的直接相加
        while (--size>0){
            ans += t;
            t *= digits.length;
        }
        int[] intDigtis = getIntDigtis(digits);
        int[] nArr = getNArr(n);
        //最高位数的分区段统计数量
        ans += splitCnt(intDigtis,nArr, 0);
        return ans;
    }

    int splitCnt(int[] digits, int[] arr, int idx){
        if (idx == arr.length){
            return 1;
        }
        //比arr[idx]小的数字有个lessCnt个,相等的有equalCnt个
        int lessCnt = 0;
        int equalCnt = 0;
        for (int i = 0; i < digits.length; i++) {
            if (digits[i] > arr[idx]){
                break;
            }
            if (digits[i] < arr[idx]){
                lessCnt++;
            }
            if (digits[i] == arr[idx]){
                equalCnt++;
            }
        }
        for (int i = idx+1; i < arr.length; i++) {
            lessCnt *= digits.length;
        }
        return lessCnt + (equalCnt * splitCnt(digits,arr,idx+1));
    }

    final static int[] mod = {
            0,
            1,
            10,
            100,
            1000,
            10000,
            100000,
            1000000,
            10000000,
            100000000,
            1000000000
    };

    final static int [] sizeTable = {
            9,
            99,
            999,
            9999,
            99999,
            999999,
            9999999,
            99999999,
            999999999,
            Integer.MAX_VALUE
    };

    static int getSize(int x) {
        for (int i=0; ; i++)
            if (x <= sizeTable[i])
                return i+1;
    }

    int[] getIntDigtis(String[] digtis) {
        int[] intDigtis = new int[digtis.length];
        for (int i = 0; i < digtis.length; i++) {
            intDigtis[i] = digtis[i].charAt(0)-'0';
        }
        return intDigtis;
    }

    int[] getNArr(int n){
        int size = getSize(n);
        int[] nArr = new int[size];
        int i = size;
        while (n > 0){
            nArr[size-i] = n/mod[i];
            n %= mod[i];
            i--;
        }
        return nArr;
    }
}

思路想明白了的话,还是不算太复杂的,主要是全位数部分计算的方法要递归起来实现的话,略微有点点显得绕

动态规划入门(个人总结)

本篇其实是去年的时候在部门内部做的一次简单的分享的内容,也是对自己坚持学习了一个多月的动态规划内容的一些简单的总结和整理

从斐波那契数列到01背包问题

起始

在正式介绍动态规划之前,我们先从一个简单且不陌生的题目开始
斐波那契数列

首先我们来看下这个题目
斐波那契数,通常用 F(n) 表示,形成的序列称为 斐波那契数列 。该数列由01开始,后面的每一项数字都是前面两项数字的和。也就是:

F(0) = 0,F(1)&nbsp;= 1
F(n) = F(n - 1) + F(n - 2),其中 n > 1

这里我们题面已经明确的给出了实现的逻辑了,是的,就是一眼就能看出来的递归。

最基本的实现代码如下,非常的简单,也很好理解

class Solution {
    public int fib(int n) {
        if (n<2){
            return n;
        }
        return fib(n-1) + fib(n-2);
    }
}

但是,真的就这样结束了么?显然不是,首先我们能直观的看到这个是一个递归的过程,如果输入的n不是很大尚且还好,但是当你的n足够大的时候,比如20000?虽然这也不是非常大,那么会发生什么呢?

此时也许你会说,那我可以改jvm参数,增大可用栈深度,那你的栈深度又能增加到多少呢?200万?还是2000万? 我们不妨仔细分析一下这个过程

F(   n   ) = F(n - 1) + F(n - 2)
F( n - 1 ) = F(n - 2) + F(n - 3)
F( n - 2 ) = F(n - 5) + F(n - 4)
F( n - 3 ) = F(n - 4) + F(n - 5)

可以很容易的看出来,中间经历的大量的重复运算,思考一下,我们是不是有什么办法能把这个中间的大量的重复运算的过程省略过去呢?

这个时候你也许会想到哈希表,是的,这个方向是对的,不过在面对这种int的key的时候,我们一般有一种更加简单更加轻便的作法来实现哈希表的功能,那就是数组。我们可以声明一个int[]的数组来实现我们需要的功能,且其本身比Map型数据结构更加的轻便简单,相对的速度也更快

而且,这个过程中,我们不再是从F(N)F(0)求解,而是正向的从0N求解,那么代码如下

class Solution {
    public int fib(int n) {
        if (n<2){
            return n;
        }
        int[] dp = new int[n+1];
        dp[1] = 1;
        int idx = 1;
        while (++idx <=n){
            dp[idx] = dp[idx-1] + dp[idx-2];
        }
        return dp[n];
    }
}

我们在算法中,给这样这种的数组一个独特的名字叫滚动数组,这样是不是就规避了最大栈深度的限制了呢?那我们入参给个Integer.MAX_VALUE看看会发生什么?内部的值相加是否会超出int型上限我们姑且先不论,直接入参给入跑一下看看

那么接下来我们要对这份代码再做一点优化,而数组长度上限的问题,你可以自己再思考下看看这个问题"java中数组的长度上限是多少"而又为什么会有这个上限。

拓展小知识:循环遍历和递归是可以相互转化的,最经典的例子莫过于二叉树的深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS),一个是递归遍历,一个是循环遍历,这是另外一个不小的话题,这里不做展开讨论了

现在我们再次观察下这份代码,n位置的值,只和n-1n-2位置的值有关,那么我们就确实没有必要声明一个长度为n+1的数组,对此我们做一点点修改

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LeetCode刷题【941】有效的山脉数组

给定一个整数数组 arr,如果它是有效的山脉数组就返回 true,否则返回 false

让我们回顾一下,如果 arr 满足下述条件,那么它是一个山脉数组:

  • arr.length >= 3
  • 在 0 < i < arr.length - 1 条件下,存在 i 使得:
    • arr[0] < arr[1] < ... arr[i-1] < arr[i]
    • arr[i] > arr[i+1] > ... > arr[arr.length - 1]

 

示例 1:

输入:arr = [2,1]
输出:false

示例 2:

输入:arr = [3,5,5]
输出:false

示例 3:

输入:arr = [0,3,2,1]
输出:true

 

提示:

  • 1 <= arr.length <= 104
  • 0 <= arr[i] <= 104
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    代码

    class Solution {
        public boolean validMountainArray(int[] arr) {
            int l = 0;
            int r = arr.length-1;
            while (l<r && arr[l+1] > arr[l]){
                l++;
            }
            while (r>0 && arr[r-1] > arr[r]){
                r--;
            }
            return l==r && l!=0 && l != arr.length-1;
        }
    }

    LeetCode刷题【1518】换酒问题

    小区便利店正在促销,用 numExchange 个空酒瓶可以兑换一瓶新酒。你购入了 numBottles 瓶酒。

    如果喝掉了酒瓶中的酒,那么酒瓶就会变成空的。

    请你计算 最多 能喝到多少瓶酒。

     

    示例 1:

    输入:numBottles = 9, numExchange = 3
    输出:13
    解释:你可以用 3 个空酒瓶兑换 1 瓶酒。
    所以最多能喝到 9 + 3 + 1 = 13 瓶酒。
    

    示例 2:

    输入:numBottles = 15, numExchange = 4
    输出:19
    解释:你可以用 4 个空酒瓶兑换 1 瓶酒。
    所以最多能喝到 15 + 3 + 1 = 19 瓶酒。
    

    示例 3:

    输入:numBottles = 5, numExchange = 5
    输出:6
    

    示例 4:

    输入:numBottles = 2, numExchange = 3
    输出:2
    

     

    提示:

    • 1 <= numBottles <= 100
    • 2 <= numExchange <= 100
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    可以几次攒下来不够换的空瓶,攒够了numExchange个后来换

    所以

    1. 初始我们买了numBottles瓶,喝了这么多之后就有这么多空瓶
    2. 第一次换酒剩余了left = numBottles%numExchange;瓶无法兑换
    3. 第一次换酒换到了numBottles /= numExchange;瓶,即喝到的瓶数增加了这么多
    4. 那么此时手中剩余空瓶数量为numBottles + left瓶空瓶,重新回到步骤1开始模拟

    代码

    class Solution {
        public int numWaterBottles(int numBottles, int numExchange) {
            int ans = numBottles;
            int left = 0;
            while (numBottles >= numExchange){
                left = numBottles%numExchange;
                numBottles /= numExchange;
                ans += numBottles;
                numBottles += left;
            }
            return ans;
        }
    }

    LeetCode刷题【372】超级次方

    你的任务是计算 ab 对 1337 取模,a 是一个正整数,b 是一个非常大的正整数且会以数组形式给出。

     

    示例 1:

    输入:a = 2, b = [3]
    输出:8
    

    示例 2:

    输入:a = 2, b = [1,0]
    输出:1024
    

    示例 3:

    输入:a = 1, b = [4,3,3,8,5,2]
    输出:1
    

    示例 4:

    输入:a = 2147483647, b = [2,0,0]
    输出:1198
    

     

    提示:

    • 1 <= a <= 231 - 1
    • 1 <= b.length <= 2000
    • 0 <= b[i] <= 9
    • b 不含前导 0
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    另外一个知识点同底数幂相乘,底数不变,指数相加a^m * a^n = a^(m+n)

    分析

    所以当我们面对int[] b次幂的时候,即等同于

    a^(b[0] * 100...0) * ... * a^(b[i])

    举个栗子假设int[] b[2,3,4]

    那么结果即为a^200 * a^30 * a^4 等同于
    a^(100+100) * a^(10+10+10) * a^4
    a^100 * a^100 * a^10 * a^10 * a^10 * a^1 * a^1 * a^1 * a^1
    最终我们可以得到
    (a^100)^2 * (a^10)^3 * (a^1)^4

    这样我们从末位开始往前遍历,中间可以重复利用 a^(10^n)的结果

    自定义快速幂函数pow(int a, int b)中注意处理各种要取模的情况

    代码

    class Solution {
        int mod = 1337;
    
        public int superPow(int a, int[] b) {
            int ans = 1;
            for (int i = b.length - 1; i >= 0; i--) {
                ans *= pow(a,b[i]);
                ans %= mod;
                a = pow(a,10);
            }
            return ans;
        }
    
    
        public int pow(int a, int b){
            if (b==0) return 1;
            if (b==1) return a%mod;
            int ans = pow(a,b/2);
            return ((ans * ans)%mod) * pow(a,b%2) % mod;
        }
    }

    LeetCode刷题【475】供暖器

    冬季已经来临。 你的任务是设计一个有固定加热半径的供暖器向所有房屋供暖。

    在加热器的加热半径范围内的每个房屋都可以获得供暖。

    现在,给出位于一条水平线上的房屋 houses 和供暖器 heaters 的位置,请你找出并返回可以覆盖所有房屋的最小加热半径。

    说明:所有供暖器都遵循你的半径标准,加热的半径也一样。

     

    示例 1:

    输入: houses = [1,2,3], heaters = [2]
    输出: 1
    解释: 仅在位置2上有一个供暖器。如果我们将加热半径设为1,那么所有房屋就都能得到供暖。
    

    示例 2:

    输入: houses = [1,2,3,4], heaters = [1,4]
    输出: 1
    解释: 在位置1, 4上有两个供暖器。我们需要将加热半径设为1,这样所有房屋就都能得到供暖。
    

    示例 3:

    输入:houses = [1,5], heaters = [2]
    输出:3
    

     

    提示:

    • 1 <= houses.length, heaters.length <= 3 * 104
    • 1 <= houses[i], heaters[i] <= 109
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    代码

    class Solution {
        public int findRadius(int[] houses, int[] heaters) {
            Arrays.sort(heaters);
            int ans = 0;
            for (int house : houses) {
                int l = 0;
                int r = heaters.length-1;
                int tmp = (int) 1e9+1;
                while (l<=r){
                    int mid = (l + r)/2;
                    //怕遗漏边缘情况不好处理就每次二分的结果都比较下
                    tmp = Math.min(tmp, Math.abs(heaters[mid] - house));
                    if (heaters[mid] > house){
                        r = mid-1;
                    }else if (heaters[mid] < house){
                        l = mid+1;
                    }else {
                        break;
                    }
                }
                ans = Math.max(ans,tmp);
            }
            return ans;
        }
    }

    LeetCode刷题【1610】可见点的最大数目

    给你一个点数组 points 和一个表示角度的整数 angle ,你的位置是 location ,其中 location = [posx, posy]points[i] = [xi, yi] 都表示 X-Y 平面上的整数坐标。

    最开始,你面向东方进行观测。你 不能 进行移动改变位置,但可以通过 自转 调整观测角度。换句话说,posxposy 不能改变。你的视野范围的角度用 angle 表示, 这决定了你观测任意方向时可以多宽。设 d 为你逆时针自转旋转的度数,那么你的视野就是角度范围 [d - angle/2, d + angle/2] 所指示的那片区域。

    对于每个点,如果由该点、你的位置以及从你的位置直接向东的方向形成的角度 位于你的视野中 ,那么你就可以看到它。

    同一个坐标上可以有多个点。你所在的位置也可能存在一些点,但不管你的怎么旋转,总是可以看到这些点。同时,点不会阻碍你看到其他点。

    返回你能看到的点的最大数目。

     

    示例 1:

    输入:points = [[2,1],[2,2],[3,3]], angle = 90, location = [1,1]
    输出:3
    解释:阴影区域代表你的视野。在你的视野中,所有的点都清晰可见,尽管 [2,2] 和 [3,3]在同一条直线上,你仍然可以看到 [3,3] 。

    示例 2:

    输入:points = [[2,1],[2,2],[3,4],[1,1]], angle = 90, location = [1,1]
    输出:4
    解释:在你的视野中,所有的点都清晰可见,包括你所在位置的那个点。

    示例 3:

    输入:points = [[1,0],[2,1]], angle = 13, location = [1,1]
    输出:1
    解释:如图所示,你只能看到两点之一。

     

    提示:

    • 1 <= points.length <= 105
    • points[i].length == 2
    • location.length == 2
    • 0 <= angle < 360
    • 0 <= posx, posy, xi, yi <= 100
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  • 相对坐标信息转换为弧度信息,排序后滑窗统计
    前置基本知识

    1. 弧度,360° = π * 2 的弧度,180° = π 弧度
    2. 滑动窗口

    基本步骤

    1. List<List<Integer>> points数组和List<Integer> location数组分别计算,得到各个点对应的弧度值,如果你直接用角度计算的话也一样
    2. 如果这个点和List<Integer> location位置相同,则这个点永远可见,不做计算,并计数永远可见点数量加1
    3. Math.atan2计算的弧度值是从π范围的,直接用于后续计算不行,所以我们将0范围内的数据统一加,即将最终结果映射到0区间中
    4. 前面有永远可见点占位清理下,同时记得对现在已经计算出来的弧度数组重新排序,因为题面中给的List<List<Integer>> points数组位置顺序并非按照弧度顺序排序的
    5. 转链为环,因为这边得到结果是一个数组,不方便计算从结尾到开头时候的情况,即滑窗开始在结尾,滑窗结束在开头的情况,所以我们使用了常用的作法之一,数组复制双倍,这样环的数据就可以处理了,不过不需要整个数组复制双倍,只需把弧度0到窗口弧度内的数据重新接在数组结尾即可
    6. 接下来就是常规的滑动窗口统计窗口内最大数量的问题了,比较简单,不做赘述了
    7. 记得最终结果要加上之前统计到的永远可见点数量

    没做过画图或者3d之类的开发的话这题拿到手可能有点懵,有幸之前学习研究过一段时间ThreeJS,空间、平面信息的转换上能稍微有点感觉,拿到手之后思路还是非常明确的。就是各种边边角角的细节逻辑采坑略多,想想下location点是一个相机Camera,这个angle就是对应的相机镜头的视角应该还是比较好理解的

    从坐标转换为弧度,

    最终将弧度信息映射在从0区间的数据

    代码

    class Solution {
        public int visiblePoints(List<List<Integer>> points, int angle, List<Integer> location) {
            double x1 = (double) location.get(0);
            double y1 = (double) location.get(1);
    
            double[] radianList = new double[points.size()];
            double radianWin = angle * Math.PI / 180;
            int alwaysSee = 0;
    
            int idx = -1;
            for (List<Integer> point : points) {
                double x2 = (double) point.get(0);
                double y2 = (double) point.get(1);
                if (x1 == x2 && y1 == y2){
                    alwaysSee++;
                    continue;
                }
                radianList[++idx] = Math.atan2(y2-y1,x2-x1);
                if (radianList[idx] < 0){
                    radianList[idx] += Math.PI * 2;
                }
            }
            Arrays.sort(radianList);
    
            if (alwaysSee>0){
                double[] tmp = new double[radianList.length-alwaysSee];
                System.arraycopy(radianList,alwaysSee,tmp,0,radianList.length-alwaysSee);
                radianList = tmp;
            }
    
            //开始滑窗统计
            int l = 0;
            int r = 0;
            int max = 0 ;
            //窗口初始化
            while (r + 1 < radianList.length && radianList[r+1] <= radianList[l] + radianWin ){
                r++;
                max = r-l+1;
            }
    
            //在原来的radianList数组之后,在拼上一段radianWin弧度的数据,这段数据为从弧度0开始到弧度radianWin之内的所有数据
            //而这里得0到滑窗弧度范围内的点的值
            if (radianList.length>0 && radianList[l] <= radianWin){
                double[] tmp = new double[radianList.length + max];
                System.arraycopy(radianList,0,tmp,0,radianList.length);
                System.arraycopy(radianList,0,tmp,radianList.length,max);
                for (int i = radianList.length; i < tmp.length; i++) {
                    tmp[i] += Math.PI * 2;
                }
                radianList = tmp;
            }
            //开始滑动
            while (l<radianList.length && radianList[l]+ radianWin <= radianList[radianList.length-1]){
                l++;
                while (r + 1 < radianList.length && radianList[r+1] <= radianList[l]+radianWin ){
                    r++;
                }
                max = Math.max(max,r-l+1);
            }
           return max+alwaysSee;
        }
    }